桥梁结构常见的病害及加固方法研究

乔菡菡

（河北锐驰交通工程咨询有限公司，石家庄 050021）

1 引言

近年来，我国的公路桥梁建设得到了突飞猛进的发展，据统计，截至2014年，我国公路桥梁已经达到了74.71万座，其中，20世纪80年代修建的公路桥梁就有10万座。随着时间的推移，公路桥梁也在不断地老化，其中一些桥梁也普遍出现了一些病害问题，这些病害也为行车的安全带来了隐患。近年来，由于桥梁结构病害而引发的交通安全事故屡见不鲜。为此对已建公路桥梁的养护加固是目前交通建设的重点，通过加固提高桥梁的安全性，恢复桥梁的承载力，延长使用寿命。

2 桥梁结构常见的病害

病害对桥梁结构的影响程度是有所差异的，病害发展的初期仅仅是对桥梁的美观产生了一定的影响；待病害不断地发展而较为严重时，就会影响桥梁的安全性和耐久性。根据桥梁的基本组成将桥梁的病害分为3大类，主要分为桥梁的下部结构病害、上部结构病害及桥面构造病害[1]。

2.1 桥梁下部结构病害

桥梁的下部结构病害主要划分为：桥墩（台）病害、基础不均匀沉降。

2.1.1 桥墩（台）病害

桥墩作为连接桥梁基础和上部结构的关键部分，支撑上部结构，传递荷载。桥墩（台）病害主要包括了钢筋锈蚀、桥墩柱、麻面、裂缝、桥台剥落、钢筋外露、墩柱冲刷，如图1所示。不同类型的裂缝其产生的原因也略有差别，但大体上主要是由基础的不均匀沉降、混凝土在浇筑的过程中接缝不良等引起的。而裂缝在发展的过程中就会造成钢筋的外露和生锈，进而使钢筋的性能下降，强度降低，最终使得结构发生变形。因此，桥墩一旦出现裂缝必须要足够地重视并及时进行处理。下部桥墩结构的病害会直接影响到上部结构的稳定，若想保证桥梁能够具有足够的耐久性，桥墩是关键因素，倘若桥墩出现了倾斜，这对上部结构是极为不利的，甚至可能会造成桥梁的倒塌[2]。

图1 桥墩冲刷

2.1.2 基础不均匀沉降

在桥梁的建设中基础是最为重要的，不同位置的桥墩由于下面所处的地基略有差异，所以会导致不同区域的地基出现不同程度的沉降。地基的不均匀沉降会影响桥梁在后期使用过程中的效果，严重的情况会导致桥梁的上部结构造成损伤，比如，引发桥面的裂缝、承载结构出现问题等。而在路桥的交界处，由于路和桥下方的地基差异也较大，在通车后由于车辆荷载的作用，在路桥的交界处也会出现不均匀沉降，进而导致公路与桥梁连接处的路面产生台阶，使得车辆高速驶过时会出现颠簸跳跃的桥头跳车现象，这严重影响了行车的舒适性与安全性，大大降低了行车速度，也为交通事故埋下了隐患。基础不均匀沉降在软土的地区表现的尤为严重，为此需要对桥梁进行实时监测，对不均匀沉降较为明显的区域及时地进行处理加固，以防病害的进一步发展。

2.2 桥梁上部结构病害

桥梁上部的病害主要包括：支座的损坏（见图2）、钢筋的锈蚀、混凝土的碳化以及表层的缺陷等。在桥梁施工完成后暴露在自然环境下，空气中的二氧化碳会与混凝土中的氢氧化钙发生化学反应，进而会使混凝土的酸度升高，对钢筋造成锈蚀，其强度降低，耐久性下降。而上部结构的裂缝产生的原因也较为复杂，会受到材料的影响，如水泥、骨料、混凝土的质量配比；另外，还会受到使用环境、施工方式的影响；当然上部结构受到下部结构的影响也是比较大的，例如，下部结构的不均匀沉降会直接加剧上部结构的完整性以及受力状况。支座作为桥梁上下部位的连接点是重要的传力装置，由于设计时缺乏周密考虑或者维修管理不善而造成支座组件的断裂、错位、脱空，使得支座受力不均匀、梁体产生过大的附加内力，一旦发生病害就会影响上下结构的使用寿命[3]。

图2 支座偏移

2.3 桥面构造病害

桥面的结构主要分为桥面铺装、排水防水系统、伸缩缝、灯光照明以及栏杆几个部分。桥面的铺装在破坏较轻的情况下会影响行车的舒适性，严重的情况会导致桥面的积水与跳车现象，甚至造成交通事故的发生。而排水系统的堵塞会导致桥面的积水，降低桥面的摩擦系数，引起车辆的打滑，而且积水往往会沿着桥面的裂缝渗入，进一步加剧了裂缝的扩展。栏杆的病害主要为撞击、缺损和裂缝，存在缺陷的栏杆会使行车缺少安全感。伸缩缝的破损大多是由设计缺陷、材料不良、管理不善引起的，会导致车辆跳车，影响行车的舒适性，而且伸缩缝一旦缺陷，容易造成渗水，会加剧支座的损坏。

3 桥梁结构的加固方法

桥梁加固的方法种类较多，加固的方式不同，产生的效果也就有所差异，主要的几种加固方式有粘贴钢板加固法、桥面补强层加固法、增大截面加固法以及体外预应力加固法。每种方法都各有优缺点，针对不同的部位，就需要具体的加固措施，以下分别从桥梁结构的不同部位提出相应的加固方法[4]。

3.1 桥梁下部结构的加固

对桥梁下部的加固，首要的问题就是解决地基的不均匀沉降，首先要完善施工组织设计优化项目，减少路桥间的沉降差，另外就是加强对路堤填料的选择。一般采用模量大、易压实的材料，例如，石灰土、沙砾、级配碎石等一些透水性较为良好的粗粒土作为台背回填的材料，也可以在台背填料中填筑土工合成材料。土工格室强度较高，与填料之间的摩擦力较大，变形较小，能够减小路桥过渡段的不均匀沉降。图3与图4分别为台后填料加筋示意图与加筋材料锚固示意图。在台背后设置排水系统，减少路面雨水对缝隙渗入地基中，尽可能减少不均匀沉降。

图3 台后填料加筋示意图

图4 加筋材料锚固示意图

3.2 桥梁结构上部的加固

桥梁上部结构的加固主要是防止混凝土的碳化和裂缝，保护支座与钢筋。对混凝土的保护主要是在设计的过程中增加保护层的厚度，选择合适的水泥品种，控制水灰比以减少混凝土中自由水的含量，及时养护并适当添加外加剂。而对于裂缝的问题则需要从裂缝产生的原因对症入手，主要的手段有加大板厚或者梁截面，提高配筋率来抑制裂缝的发生；在施工的过程中需要在混凝土中添加一定的外加剂来确保混凝土的质量，进而防止开裂，尽量选用标号高的、后期强度大的水泥，同时还需要严格地控制砂的使用；在搅拌混凝土时要严格控制混凝土的温度，减少温度效应对裂缝的影响。对于钢筋的锈蚀，应当加大钢筋保护层的厚度，控制混凝土的密实度，尽量使其中没有空隙；也要控制好氯离子的含量；严格地控制裂缝的产生，防止水通过裂缝渗入内部，与钢筋接触加剧钢筋的腐蚀。钢筋与混凝土是相辅相成的，钢筋会抑制裂缝的产生，同时，混凝土对钢筋也有一定的保护作用。对于支座，需要提高支座的质量，及时地对支座进行维护检修，及时清除支座周围的垃圾，并及时处理脱空的支座。

3.3 桥面构造的养护措施

桥面的养护主要是通过局部的修补，对于破坏范围较小的区域，先将遗留的铺装层进行清理，之后再进行新一层的铺装；而对于破坏范围较广的情况，应该将桥面上的铺装层完全清理之后再进行混凝土浇筑。面对桥面裂缝的情况可以采用压浆的方法进行处置，通过向裂缝中注入裂缝胶或者水泥类的材料来填充裂缝空隙；或者采用填料充填的方法，这种方法一般用于修补较宽的裂缝，先将裂缝凿出10cm左右的深槽，然后再填补各种密封材料[5]。

4 结语

本文从桥梁结构的不同部位进行系统的分析，阐述了在桥梁结构下部、上部以及桥面结构常见的病害，并分析了产生这种病害的具体原因，最后针对每一种病害提出了相应的加固方法。为工程中养护加固桥梁结构提供一定参考依据，增加桥梁的使用寿命，提高桥梁的安全性与行车的舒适性。